I MICRORGANISMI: STRUTTURA E FUNZIONI

I MICRORGANISMI: STRUTTURA E
          FUNZIONI

Importanza dei microrganismi
I microrganismi sono utili per la produzione di
 diversi alimenti trasformati
 per la produzione di biomassa
 farmaci tipo antibiotici
 molecole per uso industriale

Sono anche un problema per le piante gli animali e per le merci
  stoccate
Sono necessari per i cicli biogeochimici del suolo del quale
  determinano la fertilità agronomica
possono essere di diversi tipi in base al
 pH
 ossigeno
 sostanza organica
 certe sostanze inorganiche
 temperatura
 umidità
 coltivazione
 tipo di terreno

A volte sono un problema perché causano malattie a piante
  animali e deteriorano gli alimenti

Classificazione
I microrganismi sono visibili solo al microscopio
I viventi sono stati classificati da Robert Whittaker nel 1969 nei
   5 regni
 Monera: primo livello che rappresenta i procarioti
 Protista: più complessi e recenti
 Piante eucarioti pluricellulari
 Funghi eucarioti uni e pluricellulari
 Animali eucarioti pluricellulari

Nel 1990 ha proposto la nuova categoria sistematica il dominio
 che classifica i viventi in tre Domini bacteria archaea eukarya
 i viventi possono essere classificati in base alla nutrizione
 autotrofi si costruiscono la sostanza organica da soli partendo
 da sostanza inorganica semplice eterotrofi si procurano il cibo
 dall'esterno per ingestione o assorbimento

Archibatteri
Alofili estremi
 vivono con elevato grado di salinità nelle saline o in laghi
  salati
 assorbono e accumulano nel citoplasma sale rendendo
  isotonico l'ambiente interno con quello esterno
 sono usati nei detersivi per evitare l'infeltrimento

Situato lungo la costa
settentrionale del Senegal,
il lago Retba deve la sua
colorazione rosa alla
presenza di un batterio
alofilo, il Desulfohalobium
retbaense

Termofili estremi
 sia eterotrofi che chemioautotrofi
 organismi che riescono a sopravvivere a temperature tra gli
  80 e i 122 °C (alcuni sfiorano i 180 °C)
 vivono in ambienti molto caldi grazie a proteine che
  sopportano oltre 80 °C
 sono usati in tecniche di ingegneria genetica

Acidofili
 organismi che mostrano una crescita ottimale ad un pH
  uguale o inferiore a 3
 evitano l'ingresso di troppi H+ grazie alle proteine di
  trasporto che rendono la membrana impermeabile agli H+
Basofili
 organismi che mostrano una crescita ottimale ad un pH
  uguale o maggiore di 9
 espellono ioni positivi e si caricano negativamente a tirando
  ioni H+ dall'esterno

Metanogeni
 vivono in ambienti poveri di
  ossigeno come i fondali
  marini lacustri, le paludi,
  l'intestino di animali
 producono metano
 sono usati per la
  degradazione dei
  rifiuti,depurazione dei
  liquami, produzione di gas
  naturali

Psicrofili o criofili
 organismi capaci di sopravvivere, crescere e riprodursi a
  temperature inferiori a -15 °C
 sono dotati di molecole che abbassano il punto di
  congelamento dell'acqua e proteine resistenti al freddo

Ma chi sono gli organismi più resistenti al
mondo? I Tardigradi!
    possono sopravvivere a -272 °, ma anche a +150°C
    pressione fino a sei volte superiori a quelle che vi sono negli
       abissi oceanici più profondi
      radiazioni centinaia di volte superiori a quelle provenienti dallo
      resistono per anni e anni alla quasi completa disidratazione,
       permettendo al loro corpo di essere composto dall’80% di
       acqua a solo il 3%
      respirano attraverso la pelle
      sfruttano il DNA delle creature che incontrano
      possono inalare sostanze chimiche velenosissime potendo fare a
       meno dell'ossigeno.

Metabolismo
Il metabolismo è l'insieme di anabolismo e catabolismo
Anabolismo:
 è dato dalle reazioni riduttive che formano molecole
   complesse “anaboliti” a partire da molecole semplici
 richiedono energia quindi sono endoergoniche
Catabolismo:
 è dato da reazioni ossidative che portano a formare molecole
   semplice “cataboliti”
 sono esoergoniche .
Durante queste reazioni è fondamentale l’ATP che può
   assorbire oppure cedere energia, viene prodotto anche
   calore.

L’energia prodotta dai processi catabolici serve per tre attività:
 processi anabolici
 per il trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare
  o dentro e fuori gli organuli
 per riprodursi, muoversi.

La fonte primaria di energia può essere
 Luminosa: negli organismi sono fototrofi come quelli
  fotosintetici
 Chimica: ottenuta ossidando molecole inorganiche come H2,
  NH3, SH2, H2S, CO2, Fe++ da più tipi di organismi oppure
  ossidando molecole organiche come lo zucchero

Respirazione
 È un processo catabolico che porta all’ossidazione di
  sostanze nutritive per ottenere energia
 può essere aerobica se l'accettore finale di elettroni è
  l'ossigeno o anaerobica se l'acetone finale di energia
  elettronico è dato da nitrati, solfati, carbonati , CO2
 i MO aerobi sono i più diffusi in natura come le alghe
  azzurre, i batteri del genere Azotobacter, i batteri metanogeni
  e quelli solfo riducenti
 ai MO anaerobi appartengono quelli della flora intestinale,
  solfobatteri e clorobatteri

Ci sono microrganismi
 anaerobi facoltativi come i denitrificanti
 anaerobi obbligati come i batteri solfato riduttori ad es.
  Sulfobacteria and Clostridium.
La respirazione aerobia avviene nelle nostre cellule e in
  molti microrganismi in presenza di ossigeno.
Nelle cellule eucariote avviene nei mitocondri nei
  procarioti si verifica solo nel citosol ma solo in parte.
La resa di un glucosio è di 36 ATP dalla respirazione.
La respirazione anaerobica viene fatta da batteri
  metanogeni, denitrificanti, solfatoriduttori che vivono
  senza ossigeno come nei sedimenti marini o lacustri.

Fermentazione
 È un processo anaerobio in cui l'agente ossidante è una
  molecola organica
 È svolta da batteri, funghi, alcuni protisti
 produce una quantità di energia molto minore della
  respirazione perché non vi è la completa demolizione del
  glucosio
 Le due principali sono: lattica e alcolica

Processi metabolici sfruttati dall'uomo
Metabolismo primario
 è dato dalle reazioni metaboliche di biosintesi e
  catabolismo di amminoacidi, carboidrati, lipidi, acidi
  nucleici
 è necessario per la sopravvivenza crescita e riproduzione
Metabolismo secondario
 è dato dalla sintesi e trasformazione di tutti gli altri
  composti importanti ecologicamente e utilizzati per la
  difesa competizione interspecifica e per i processi
  riproduttivi

Il metabolita è un prodotto intermedio o finale di un
processo metabolico.
Ci sono metaboliti primari e secondari del metabolismo
che vengono usati dalle biotecnologie
La bioconversione è la trasformazione di un substrato
catalizzata da un enzima, ottenuto da colture cellulari di
microrganismi, sfruttano le capacità dei microrganismi di
trasformare una grande varietà di composti organici con
molti vantaggi.
Gli enzimi sono catalizzatori specifici, sito specifici,
ecocompatibili.

Fattori che influenzano la crescita dei M.O.

  I principali fattori che influenzano la crescita dei
    microrganismi sono
   la temperatura
   la presenza di ossigeno
   l'acidità
   l'umidità
   la temperatura

La temperatura
Ogni specie ha un intervallo termico ottimale nel quale si
  riproduce velocemente
 aumentando la temperatura gli organismi muoiono
 diminuendo la temperatura diminuisce il loro
  metabolismo, entrano in uno stato di latenza
I M.O. possono vivere da -5 a 95°C arrivando fino a
  110°C (è importante che l'acqua rimanga lo stato liquido
  perché possa avvenire il metabolismo)

•psicrofili o criofili: temperatura
ottimale tra 15 e 20°C, riproduzione
anche a 0-4°C, sono quelli che
alterano i cibi in frigorifero
•psicrofili obbligati: non possono
crescere a temperature > 20°C
psicrofili facoltativi: possono crescere
a temperatura > 20°C

•mesofili: temperatura ottimale 30-45 °C , sono i patogeni
e le specie usate industrialmente
•termofili: temperatura ottimale 50 a 75 °C sono i più
resistenti ai trattamenti termici, sopravvivono alla
pastorizzazione 71° per 15 minuti, sono detti termodurici,
possono essere obbligati se necessitano di temperature
elevate per crescere oppure facoltativi se si sviluppano
anche a valori inferiori di temperatura
•termofili estremi: che vivono a temperature > 100 °C
sono detti ipertermofili.

La resistenza dei microrganismi
alla temperatura dipende da:
•tipo di microrganismo: muffe e
lieviti sono più resistenti di batteri.
•composizione dell'ambiente di
crescita: i lipidi ostacolano il calore
così come proteine, glucidi e sali,
invece acidità e alcol facilitano il
trattamento termico
•l'umidità rende più efficace il
trattamento termico

Ossigeno
Per alcuni è fondamentale per altri può essere letale ci sono
  microrganismi
 aerobi obbligati: necessitano di ossigeno per vivere come
  muffe, batteri acetobacter che trasforma l'etanolo in acido
  acetico.
 microaerofili: si moltiplicano in presenza di aria, crescono
  meglio se l'ossigeno è poco 2-18%
 anaerobi facoltativi o anaerobi: l'ossigeno è necessario solo
  per la riproduzione, come la maggioranza dei lieviti
  saccharomyces cerevisiae, i batteri lattici
 anaerobi obbligati muoiono in presenza di ossigeno come il
  Clostridium botulinum

pH
 Il pH troppo alto denatura le proteine
 I microrganismi preferiscono valori neutri di pH, sono inibiti
  da pH 9
 Nella preparazione di colture microbiche è bene evitare
  variazioni di pH troppo ampio

Umidità
 È importante l'acqua libera cioè quella non legata ad altre
  sostanze
 Si esprime con il rapporto P/P0 che è uguale a 0 nell’acqua
  ed è inferiore negli alimenti

Fasi di crescita
L’accrescimento degli organismi si valuta considerando
  l'aumento della popolazione, in particolare si analizza la
  curva di crescita che mostra quattro fasi
 fase di latenza: il numero di microrganismi è costante perché
  si stanno attivando per sintetizzare nuovo materiale cellulare
 fase esponenziale: le cellule si duplicano, la crescita è costante
  nel tempo e dipende dalla specie batterica
 fase stazionaria: c'è un equilibrio tra nuove cellule e cellule
  che muoiono. Nel contempo si riducono i nutrienti e
  aumentano i metaboliti tossici.
 fase di morte o declino: l'accumulo di metaboliti tossici e le
  poche sostanze nutritive causano diminuzione delle cellule
  vive